淺談甲米河一級水電站2#支洞控制段快速施工措施

王建興，唐 勇

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

1 工程概況

甲米一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣鹽塘河干流甲米河上，取水樞紐位于鹽塘河甲米村上游約5.3km，距縣城約54.7km;廠區(qū)位于桃子鄉(xiāng)跨棉村，距鹽源縣城約67km，距西昌市區(qū)約220km，鹽瀘旅游公路沿鹽塘河于電站河對岸通過，交通方便。電站系具日調(diào)節(jié)功能的引水式電站，電站裝機(jī)3×12MW，設(shè)計水頭90m，設(shè)計引用流量45.45m3/s。電站樞紐建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成。本標(biāo)承擔(dān)首部樞紐及引水系統(tǒng)前段工程標(biāo)施工任務(wù)，包括首部樞紐及引水隧洞前段(隧0+000m～隧7+180m)的全部建筑工程、金屬結(jié)構(gòu)制作及安裝工程。引水隧洞接進(jìn)水口，首端底板高程2146.65m，隧洞設(shè)計縱坡為1.725‰，隧洞斷面為馬蹄形斷面，開挖直徑上半圓為6.2m，下半部分側(cè)拱半徑為6.2m，圓心角30°，底部為平底，底寬4.36m。

2#支洞控制段原定開挖樁號2+341.00m～4+602.00m共2261m，實際開挖樁號2+075.50(改2)m～4+708.00m共2653.5m，比原計劃多開挖392.5m。

2 場地區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

工程區(qū)位于橫斷山脈北西側(cè)的雅礱江右岸二級支流鹽塘河下河甲米河段，屬川西南山地褶皺高山、峽谷地貌。區(qū)內(nèi)出露地層除缺侏羅系、白堊系外，發(fā)育較為齊全，有二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖和樂平組，三疊系下統(tǒng)青天堡組、中統(tǒng)鹽塘組、中統(tǒng)白山組、上統(tǒng)下博大組和上統(tǒng)上中博大并組，第四系殘坡積層，崩坡積層及沖洪積層松散堆積物廣泛分布于河谷及斜坡地帶。

與本工程密切相關(guān)的較大斷裂有查瓦甲古(甲米)斷裂和麥架坪斷裂。其中，甲米斷裂為南北向構(gòu)造，出露長32km，傾向 E，傾角60°～70°，斷層破壞了二疊系～三疊系。該斷層軸線與本工程近于平行，與引水隧洞、壩址相距3km～7km，與廠區(qū)相距約7km;麥架坪斷裂出露長42km，走向 N40°～50°E，斷層面南東傾，傾角60°～70°，斷層斜切上二疊統(tǒng)和三疊系，伴生成分以南北、東西兩組扭節(jié)理最常見。該斷層軸線距本工程壩區(qū)約12km，距廠區(qū)約1.3km。

2.2 2#支洞控制段地質(zhì)條件及評價

第一段:2+387m～3+000m，段長613m，圍巖為三疊系中統(tǒng)鹽塘組(T2y)含云灰?guī)r、長石巖屑砂巖，與灰色粉砂巖互層，局部夾紫灰色粉砂巖，巖層產(chǎn)狀162°∠28°，與隧洞軸線夾角 60°，垂直埋深168m。該段地表為一大滑坡，為1976年6.7級地震造成，其后緣壁坡度達(dá)80°，地表分布有大于3m的大塊石，最大8m，受其影響，巖體屬強(qiáng)～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，地表局部地段坡度較緩，地下水活動強(qiáng)烈。該段圍巖完整性較差，多具碎狀結(jié)構(gòu)，出露后極易泥化，類別以Ⅳ類為主。

第二段3+000m～3+206m，段長206m，圍巖主要為三疊系下統(tǒng)青天堡組(T1q)紫紅色巖屑砂巖，夾長石砂巖和砂礫巖，部分鹽塘組泥灰?guī)r夾紫灰色粉砂巖，呈薄層中厚狀～互層狀結(jié)構(gòu)。圍巖穩(wěn)定性極差，強(qiáng)風(fēng)化，裂隙發(fā)育，巖石破碎，透水性強(qiáng)，地下水活動強(qiáng)烈，與隧洞軸線夾角59°，垂直埋深50m，巖體中隨機(jī)分布有順層擠壓破碎帶及小斷層，出露后極易泥化，類別以Ⅴ類圍巖為主。

第三段:3+026m～5+037m，段長1831m，圍巖為三疊系下統(tǒng)青天堡組(T1q)紫色、灰綠色巖屑長石砂巖、夾同色泥巖、礫巖，巖層產(chǎn)狀130°∠37°，與隧洞軸線夾角59°，于穩(wěn)定有利，垂直埋深100m～410m，巖石強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理發(fā)育，地面為一沖溝，地下水活動強(qiáng)。該段圍巖類別以Ⅳ、Ⅴ類為主，圍巖穩(wěn)定性極差，出露后極易泥化。

2.3 其它影響因素

2.3.1 地下水情況。瓦波拉達(dá)溝常年性流水在其附近通過，為泥石流溝，每年均發(fā)生不同規(guī)模的泥石流。該段地表地形相對平緩，預(yù)計在隧洞開挖過程中，地下水將沿陡傾結(jié)構(gòu)面下滲產(chǎn)生集中滲水。

2.3.2 地震影響情況。1#支洞控制段下游至2#支洞控制段上游，洞線附近一定范圍的山體，受1976年兩次中強(qiáng)地震(6.2～6.7級)影響較嚴(yán)重，導(dǎo)致洞室圍巖裂隙貫通性提升，巖石完整性變差，巖體向松弛或半松弛狀態(tài)轉(zhuǎn)化。

2.3.3 鄰近地震滑坡體。離震滑坡體水平距離最近洞段，在2#支洞控制段上游側(cè)，樁號2+680.0m～2+385.0m，與地震滑坡體水平距離僅26.5m。

3 施工措施

3.1 施工資源配置

2#支洞控制段作為本標(biāo)段承上啟下的關(guān)鍵線路，進(jìn)洞后圍巖情況與招標(biāo)文件相差較大，項目部果斷加大了對施工資源的投入，配置比原投標(biāo)文件增加了1倍，施工總?cè)藬?shù)達(dá)到167人:管理人員6人、技術(shù)人員4人、測量人員2人、安全員2人、鉆爆人員36人、支護(hù)人員48人、焊工13人、各類司機(jī)22人、輔助工34人。主要設(shè)備配置見表1。

表1 主要設(shè)備配置

3.2 施工特殊措施

3.2.1 洞內(nèi)泥化道路的處理

因為地質(zhì)原因，隧洞開挖出露后迅速泥化，洞內(nèi)道路無法形成，施工效率只能達(dá)到正常水平的30%，道路泥化的換填是唯一辦法。

3.2.1.1 排污

隧洞排污溝由排水為主改變?yōu)橐耘拍酀{為主，設(shè)計的30cm×30cm排漿溝、1.5m×1.5m×1.0m集漿坑不能滿足隧洞排污需要。我部加大排漿溝、集漿坑尺寸，排漿溝尺寸增加至1.0m×1.0m，集漿坑尺寸增加至3.0m×1.5m×1.0m。由于泥漿濃度高，排漿溝必須每天用挖機(jī)清理，掌子面附近20m～30m形成一個集漿坑，安裝兩個7.5kW泥漿泵，已開挖洞段每150m～250m設(shè)置一集漿坑，安排專人維護(hù)，每個工作面4人，增加排漿力度。

由于隧洞較為狹窄，為了不影響道路通行，在隧洞邊墻墻角部位超過設(shè)計邊線1m～2m，開挖形成集漿坑。

排污管線布置:上游布置7臺7.5kW泥漿泵一趟φ108mm鋼管，長度1310m，下游布置6臺7.5kW泥漿泵、一趟 φ108鋼管，鋼管長度為1360m。上下游泥漿泵并聯(lián)將泥漿抽排集中至交叉口，再通過交叉口部位布置2臺22kW泥漿泵統(tǒng)一排至洞外。交叉口至支洞口布置兩趟φ108mm鋼管，長度為660m。

3.2.1.2 道路換填(1)清淤。隧洞路面淤泥采用3m3裝載機(jī)裝車，15t自卸車運(yùn)至各支洞控制段渣場;

(2)換填。隧洞路面淤泥清理至底板大面高程后，采用砂石生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的大石對道路進(jìn)行換填，多層攤鋪壓實，每層厚度約為50cm，換填厚度為80cm～180cm;地質(zhì)條件差洞段，根據(jù)實際情況加深，多層鋪填、壓實。砂石系統(tǒng)的大石采用3m3裝載機(jī)裝車，15t自卸車運(yùn)至工作面。并從洞外收集塊石，在道路水溝側(cè)堆碼砌筑;

(3)維護(hù)。由于隧洞滲水大，巖石泥化嚴(yán)重，道路換填后，在泥漿浸泡、載重車輛來回碾壓下產(chǎn)生淤泥質(zhì)，需對淤泥質(zhì)較多部位挖除后重新?lián)Q填;對淤泥質(zhì)較少部位局部挖除后加高加厚原有道路，保證施工道路暢通。每班每個支洞控制段安排4人清理路面淤泥，裝編織袋堆碼，裝載機(jī)裝車運(yùn)至渣場。采用篩分料大石對道路坑洞填補(bǔ)、整平，并清理路面積水。

3.2.2 增設(shè)裝車道、回車道

由于開挖揭露出的圍巖類別與招標(biāo)提供圍巖類別相差太大，支護(hù)工作量占直線工期太長，根據(jù)本引水隧洞斷面尺寸小，在支護(hù)工作量無法改變的情況下，減少出渣時間，增加裝車道、回車道，加快引水隧洞開挖施工進(jìn)度。在距裝碴道80m洞段，每茬炮(循環(huán)進(jìn)尺2.5m)出碴時間為2.0h左右;在距裝碴道100m洞段，每茬炮(循環(huán)進(jìn)尺2.5m)出渣時間為3.0h左右;在距裝碴道150m洞段，每茬炮(循環(huán)進(jìn)尺2.5m)出渣時間為5h左右。2#支洞控制段開挖2653.5m共設(shè)置23個裝車道。

3.3 特殊洞段施工

3+031.5m～3+020.0m圍巖巖性為鹽塘組含云質(zhì)灰?guī)r夾泥巖，巖體破碎，在邊頂拱線狀滲水的作用下迅速泥化，自穩(wěn)時間短。按Ⅳ類支護(hù)后出現(xiàn)塌方，塌腔高度約8m，經(jīng)過參建四方現(xiàn)場會商后，采用混凝土回填塌腔、二次開挖的方式度過此段。具體施工措施如下:

(1)將距塌方段最近兩榀鋼拱架之間加強(qiáng)掛網(wǎng)錨噴支護(hù)處理，確保施工機(jī)械及人員能盡可能靠近塌方段施工;

(2)將塌方處隧洞全斷面盡可能填筑，并外沿至3+033.5m，向下游形成裝載機(jī)、反鏟能行駛的緩坡，對塌方段澆筑混凝土;

(3)填筑料源從1#支洞控制段裝運(yùn)至塌方段，選擇粒徑較細(xì)的洞挖料，用1#支洞控制段的現(xiàn)代200－5D反鏟挖裝。2#支洞控制段5t自卸汽車運(yùn)輸;

(4)填筑料每輛車運(yùn)至塌方段，用ZL50C裝載機(jī)將其向里推。裝載機(jī)操作完后用CAT311反鏟向里推，由于隧洞高度不大，反鏟向里推時反鏟大臂、小臂、挖斗全部向前伸直，通過反鏟來回行走，使挖斗將填筑料向里推進(jìn);

(5)填筑平臺和通道緩坡形成后，安裝混凝土泵泵管，安裝4根，伸向掌子面的水平方向2根(左右各1根)，伸向頂拱的垂直方向2根，水平向泵管盡量向里伸。垂直向泵管從最后一榀拱架向里伸進(jìn)1.5m，垂直向泵管加工與泵管同等大小彎頭，彎頭焊接法蘭盤與泵管螺栓連接，彎頭處(1.5m范圍)用50角鋼加固3排斜撐，垂直向泵管高出設(shè)計頂拱3.0m;順著垂直向泵管安裝一根通氣管，高出泵管50cm;順著垂直向泵管安裝一根回漿管，高出設(shè)計頂拱250cm，端頭設(shè)彎頭，彎頭水平向30cm，防止泵管流出的混凝土直接進(jìn)入回漿管。泵管均與拱架牢固焊接，并用架管在下部搭設(shè)排架支撐，采用反鏟、手動葫蘆輔助安裝;

(6)泵管安裝完畢，在填筑平臺上用彩條布鋪墊一層(人工操作)，盡可能減少混凝土的流失。在填筑外沿的2m平臺(部分人工處理)上用砂袋堆碼，堆碼厚度根據(jù)填筑平臺距頂拱距離現(xiàn)場確定;

(7)以上工作完成后，租用HB60混凝土泵澆筑C25高流態(tài)混凝土(坍落度18cm～22cm)，租用2臺8m3混凝土罐車從拌合樓運(yùn)輸;

(8)混凝土澆筑完畢后3d，對塌方段進(jìn)尺，進(jìn)尺單循環(huán)1.5m，每循環(huán)開挖完成后，立即采用Ⅰ18工字鋼拱架支撐，間距50cm。工字鋼之間用［10槽鋼連接，間距 0.8m，拱肩以下采用Φ25mm、L=4.5m錨桿鎖固，掛設(shè)φ6.5@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)，并噴射C20混凝土封閉。鋼支撐鎖腳錨桿 Φ25mm、L=4.5m，間距50cm，水平夾角30°，鎖腳錨桿加工成“L”型并與鋼支撐焊接;鋼支撐基腳應(yīng)座落在堅硬的基礎(chǔ)上，不平整處人工找平，必要時澆筑C20混凝土以滿足受力要求;

(9)坍塌處施工，安排4名專職安全員進(jìn)行變形觀測和記錄，并對可能發(fā)生的2次危害進(jìn)行及時處理;

(10)進(jìn)尺至k3+020m后，繼續(xù)向前進(jìn)尺按單循環(huán)80cm，支護(hù)形式按(8)條所述設(shè)置5榀鋼拱架。

4 結(jié)語

2#支洞控制段在以Ⅳ、Ⅴ類為主的復(fù)雜圍巖條件下，通過增加資源配置，采取特殊施工措施安全度過特殊塌方洞段，Ⅳ、Ⅴ類圍巖平均進(jìn)尺達(dá)到了90m/月，順利貫通了隧洞，達(dá)到了業(yè)主的工期目標(biāo)。2#支洞控制段開挖施工有以下體會:

(1)在隧洞施工過程中，地質(zhì)情況的超前探測和預(yù)報十分必要，尤其在不良地質(zhì)段顯得極為重要，能有效保證施工安全和進(jìn)度;

(2)對洞內(nèi)排水、排污、道路的維護(hù)要形成系統(tǒng)化、日?；?，這是提高施工效率的必要措施;

(3)開挖過程中大塌方形成的較大塌腔，采取回填混凝土后再二次開挖方案處理，在安全上是萬無一失的;

(4)隧洞開挖過程中縮短裝碴距離，改善出碴條件，將大大縮短循環(huán)時間，提高施工效率。